Elija el diámetro del pistón y del vástago, y ajuste la presión, el caudal y la carrera. Obtendrá la fuerza de empuje y de tracción, la velocidad y el tiempo de salida y de entrada, el aceite que vuelve por cada conexión, la potencia de la bomba y el límite de pandeo del vástago.
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D es el diámetro del pistón, d el del vástago, p la presión y Q el caudal de la bomba. A₁ es el área completa del pistón (lado del fondo) y A₂ el área anular (lado del vástago). Las fuerzas son teóricas; los cilindros reales pierden entre un 5 y un 10 % por el rozamiento de las juntas.
Los diámetros de pistón y vástago siguen la serie preferente de ISO 3320. La longitud de pandeo L se toma como carrera + 1,5 × diámetro del pistón con el cilindro totalmente extendido, multiplicada por el factor de montaje K (2 empotrado–libre, 1 articulado–articulado, 0,7 empotrado–articulado, 0,5 empotrado–empotrado). Para el diseño final, compruebe la curva de pandeo del fabricante. Mantenga la velocidad del aceite en las tuberías por debajo de unos 5 m/s en las líneas de presión y 3 m/s en las de retorno.
Esta calculadora da la fuerza de empuje y de tracción, la velocidad de salida y de entrada, el tiempo de ciclo, el caudal de retorno y la potencia de la bomba de un cilindro hidráulico de doble efecto. Introduzca el diámetro del pistón, el diámetro del vástago, la presión del sistema, el caudal de la bomba y la carrera. También comprueba el pandeo del vástago con el montaje elegido y muestra el efecto de un circuito regenerativo. La usan diseñadores hidráulicos, constructores de máquinas, mecánicos de maquinaria móvil y estudiantes para dimensionar un cilindro, elegir una bomba o averiguar por qué una máquina es lenta o le falta fuerza.
El cilindro empuja 49,9 kN y tira 33,6 kN, con un ciclo completo de unos 7,8 s, y necesita un accionamiento de bomba de unos 6,3 kW. Dimensione el retorno para unos 30 L/min, porque al entrar vuelve aproximadamente 1,5 veces el caudal de la bomba.
La fuerza es la presión por el área: F = p × A. En unidades métricas, F (N) = p (bar) × 0,1 × A (mm²). Al empujar actúa el área completa del pistón A = π × D² / 4; al tirar, el área anular π × (D² − d²) / 4, donde d es el diámetro del vástago. Un pistón de 63 mm a 200 bar da 200 × 0,1 × 3117 = 62,3 kN. En unidades de EE. UU., F (lbf) = psi × in², así que un pistón de 3 in a 3000 psi empuja 21 200 lbf. El rozamiento de las juntas suele restar un 5–10 %.
La velocidad es el caudal dividido por el área: v = Q / A. Convierta L/min a mm³/s multiplicando por 1 000 000 / 60 y divida por el área en mm² para obtener mm/s. 20 L/min en un pistón de 63 mm (3117 mm²) dan 107 mm/s. La entrada es más rápida porque el aceite solo llena el área anular, más pequeña. En unidades de EE. UU., v (in/min) = 231 × gpm / área (in²). El tiempo de ciclo es la carrera dividida por la velocidad en cada sentido.
En el lado del vástago, este ocupa parte del área del pistón, así que el mismo caudal llena un volumen menor por cada milímetro de recorrido. La relación de velocidades es igual a la relación de áreas φ = A₁ / A₂. Con un pistón de 63 mm y un vástago de 36 mm, φ = 1,48, así que la entrada es un 48 % más rápida. Esa misma relación hace que al entrar vuelvan al tanque, desde el lado del fondo, 1,48 veces el caudal de la bomba, algo importante al dimensionar las líneas de retorno y los filtros.
La potencia hidráulica es la presión por el caudal. En unidades métricas, P (kW) = p (bar) × Q (L/min) / 600; después se divide por el rendimiento global, normalmente unos 0,85 para una bomba de engranajes con su motor. A 160 bar y 20 L/min son 5,33 kW ideales, o 6,27 kW de potencia de accionamiento. En unidades de EE. UU., hp = psi × gpm / 1714, así que 2000 psi a 10 gpm requieren 11,7 hp ideales, unos 13,7 hp con un rendimiento del 85 %.
En un circuito regenerativo, el aceite que sale del lado del vástago durante la salida se devuelve al lado del fondo en lugar de ir al tanque. El cilindro sale entonces como si solo trabajara el área del vástago: la velocidad pasa a ser Q / A_vástago y la fuerza p × A_vástago. La salida es mucho más rápida pero mucho más débil. Se usa para carreras rápidas de aproximación en prensas y rajadoras de leña, y normalmente se conmuta al circuito normal cuando aumenta la carga.
Trate el vástago extendido como una columna de Euler: F_k = π² × E × I / (K × L)², con I = π × d⁴ / 64 y E = 210 GPa para el acero. L es la longitud de pandeo, aproximadamente la carrera más el cuerpo del cilindro totalmente extendido, y K depende del montaje: 2 empotrado–libre, 1 articulado–articulado, 0,7 empotrado–articulado, 0,5 empotrado–empotrado. Divida por un coeficiente de seguridad de aproximadamente 3,5 para obtener el empuje admisible. Las carreras largas con montaje por horquilla son el caso de riesgo, así que confírmelo con la curva de pandeo del fabricante.
Lo que necesita para construir, medir o comprobar el resultado.
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